La detective juvenil Nancy Drew (Emma Roberts) acompaña a su padre (Tate Donovan) en un viaje de negocios a Los Ángeles. Allí Nancy encuentra las pruebas de un crimen sin resolver: la misteriosa muerte de una bella estrella de cine. Su madurez y su sentido de la responsabilidad se verán puestos a prueba en medio del torbellino de la caótica y alocada vida de Hollywood.